Riassunto esame Chimica generale e inorganica, Prof. Cozzini Pietro, libro consigliato Chimica Generale , Herring

Relazione tra K e Kc

Per un generico componente gassoso →

• Per la reazione, vale la relazione:
• Δν > 0: la reazione da sinistra a destra avviene con aumento di numero di moli
• Aumenta il volume (se P = cost)
• Aumenta la pressione (se V = cost)
• Δν < 0: la reazione da sinistra a destra avviene con diminuzione di numero di moli
• Diminuisce il volume (se P = cost)
• Diminuisce la pressione (se V = cost)
• Δν = 0: la reazione da sinistra a destra avviene senza variazione di numero di moli
• Kp = Kc

Equilibri eterogenei

Si consideri l'equilibrio Yasmine Oudades | UNIPR 2022-2023100

Si consideri l'equilibrio

Per liquidi e solidi puri la densità e la molarità sono costanti a temperatura costante; le loro concentrazioni molarie (tensioni di vapore, tensioni di sublimazione) vengono inglobate nella costante di equilibrio.

In soluzioni diluite la concentrazione del solvente si considera costante

Quoziente di reazione

Il quoziente di reazione è il valore ottenuto sostituendo nell'espressione della legge d'azione di massa le concentrazioni iniziali al posto delle concentrazioni all'equilibrio → si indica con Q.

La conoscenza del quoziente di reazione è utile per due motivi: permette di valutare se un sistema è all'equilibrio (Q = K) oppure no (Q ≠ K) e consente di prevedere, dal confronto tra i valori di Q e K, in quale direzione la reazione evolverà per raggiungere l'equilibrio.

Q > K: Se Q è maggiore di K, l'equilibrio verrà raggiunto trasformando parte dei prodotti nei reagenti. In questo modo la concentrazione dei reagenti aumenterà, mentre quella dei prodotti diminuirà. La reazione si sposta verso sinistra (verso i reagenti).

Q < K: Se Q è inferiore a K, l'equilibrio verrà raggiunto trasformando parte dei reagenti nei prodotti. In questo modo la concentrazione dei reagenti diminuirà, mentre quella dei prodotti aumenterà. La reazione si sposta verso destra (verso i prodotti).

mentre quella de prodottiaumenterà.● la reazione si sposta verso destra (verso i prodotti)Q = K Se il quoziente di reazione è uguale alla costante di equilibrio il sistema è in equilibrio❸ Yasmine Oudades | UNIPR 2022-2023101PERTURBAZIONI IMPOSTE A UN SISTEMA EQUILIBRIO

Come si fa a spostare l’equilibrio?

Principio di Le Chatelier-Brown (1885) o dell'equilibrio mobile: Se a un sistema in equilibrio è impostauna perturbazione esterna, l'equilibrio si sposta in modo da opporsi alla perturbazione.

La modifica di uno qualsiasi dei fattori che determinano la condizione di equilibrio in un sistema indurrànello stesso una variazione tale da compensare parzialmente la modifica ed il sistema raggiungerà unnuovo stato di equilibrio.

L’equilibrio tra reagenti e prodotti può essere perturbato in tre modi:

■ modifica di concentrazione

■ cambiamento di pressione o volume

■ variazione di temperatura

1. VARIAZIONE DI

CONCENTRAZIONE

Se la concentrazione di un reagente o di un prodotto viene modificata rispetto al valore di equilibrio, ad una data temperatura, la reazione si deve spostare verso una nuova condizione di equilibrio. Le concentrazioni, nella nuova condizione di equilibrio, saranno differenti dalle precedenti ma il valore dell'espressione della costante di equilibrio sarà ancora uguale a K.

L'aggiunta di un reagente o di un prodotto spinge l'equilibrio nella direzione in cui si ha il consumo della sostanza aggiunta:

• aggiunta di reagente: verso i prodotti
• aggiunta di prodotti: verso i reagenti

La rimozione di un reagente o di un prodotto spinge l'equilibrio nella direzione in cui si ha la formazione della sostanza rimossa:

• rimozione di reagente: verso i reagenti
• rimozione di prodotto: verso i prodotti

L'aggiunta di una sostanza che non compare nell'equazione chimica non modifica l'equilibrio.

Domanda d'esame: Come posso fare per spostare

1. VARIAZIONI DI TEMPERATURA

● per una reazione esotermica → abbassando la temperatura del sistema viene sottratta una certa quantità di calore; la rimozione di calore può essere contrastata se la reazione produce calore

• una diminuzione di temperatura sposta l'equilibrio verso i prodotti
• un aumento di temperatura sposta l'equilibrio verso i reagenti

● per una reazione endotermica (sarà necessario fornire calore affinché la reazione avvenga)

• una diminuzione di temperatura sposta l'equilibrio verso i reagenti
• un aumento di temperatura sposta l'equilibrio verso i prodotti

● quando la temperatura di un sistema all'equilibrio aumenta, l'equilibrio si sposterà nella direzione che assorbe calore, cioè nella direzione endotermica;

● se la temperatura diminuisce, l'equilibrio si sposterà nella direzione che rilascia calore, cioè nella direzione esotermica.

Cioè nella direzione esotermica;

Cambiando la temperatura, cambia la composizione all'equilibrio e cambierà il valore di K.

Yasmine Oudades | UNIPR 2022-2023

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SPONTANEITÀ DELLE REAZIONI

La legge della termodinamica enuncia che l'energia viene conservata nell'universo. I due concetti fondamentali alla base di questa legge sono:

1. Nell'universo l'energia passa da uno stato di maggiore concentrazione ad uno di maggiore dispersione
2. Non è possibile che il 100% dell'energia coinvolta in un processo sia trasformata in lavoro.

PROCESSI SPONTANEI

Le trasformazioni spontanee avvengono solo nella direzione che porta al raggiungimento dell'equilibrio. Il fatto che un processo sia spontaneo o no non ci fornisce alcun dato sulla velocità del processo stesso o sulle condizioni di reazione necessarie affinché un processo raggiunga l'equilibrio. Ci dice solo che la trasformazione avviene in una specifica direzione.

(verso l'equilibrio) e che avviene naturalmente, cioè senza alcun supporto esterno. La spontaneità di un processo dipende dalla temperatura, dalla pressione e dalla composizione del sistema. Le reazioni chimiche procedono spontaneamente fino al raggiungimento dell'equilibrio, senza tener conto se l'equilibrio favorisce i reagenti o i prodotti. È facile riconoscere che, partendo da reagenti puri, tutte le reazioni che favoriscono i prodotti devono essere spontanee come, ad esempio, la formazione di acqua da H2 (idrogeno gassoso) ed ossigeno e la neutralizzazione di H2O (aq) e OH- (aq).

■ fusione del ghiaccio a temperatura ambiente (endotermica) → bicchiere d'acqua in frigo = ?

■ dissociazione di un sale in acqua

■ espansione di un gas nel vuoto

Un sistema evolve spontaneamente in modo da:

■ rendere minima l'energia (aspetto entalpico)

■ rendere massima l'entropia (aspetto entropico)

I sistemi non si spostano mai spontaneamente in

Una direzione che li allontani dall'equilibrio. Dati due oggetti alla stessa temperatura, in contatto tra loro, ma termicamente isolati dall'ambiente che li circonda, non accadrà mai che uno si riscaldi mentre l'altro si raffredda.

SPONTANEITÀ E ENTALPIA

Generalmente i processi esotermici (ΔH < 0) sono spontanei; la cessazione di calore è il criterio che determina se una reazione o un processo sono spontanei.

■ reazioni di combustione

■ dissociazione di NaOH in acqua

Esistono però processi spontanei endotermici:

▪ dissociazione di NH Cl in acqua4

▪ fusione del ghiaccio: a temperature superiori a 0 °C, il processo di fusione è spontaneo. Al di sotto di 0 °C, invece, il ghiaccio non fonde: il processo non è spontaneo in queste condizioni. A 0 °C, coesistono in equilibrio acqua allo stato liquido e ghiaccio e non avvengono cambiamenti. Questo esempio illustra il fatto che la temperatura può avere un ruolo

• Dissoluzione di NH4NO3: il composto ionico NH4NO3 si scioglie spontaneamente in acqua. Questo è un processo endotermico con un ∆H° = +25.7 kJ/mol.
• Espansione di un gas nel vuoto: In un sistema costituito da due palloni connessi attraverso una valvola, un pallone è pieno di un gas e nell'altro c'è il vuoto. Quando la valvola viene aperta, il gas fluisce spontaneamente dal pallone pieno a quello vuoto, fino a che la pressione nei due palloni si eguaglia. L'espansione di un gas ideale è un processo che non richiede energia ed in cui non è coinvolto il calore (anche se l'espansione di molti gas reali è un processo endotermico).
• Reazione tra H2 e I2 per formare HI: è endotermica e la reazione inversa, la decomposizione di HI per formare H2 e I2, è esotermica. Se H2 (g) ed I2 (g) sono miscelati, avverrà la reazione di formazione di HI.

Formazione di HI [H (g) + I2(g) → 2 HI(g)] fino a che si raggiunge l'equilibrio. Se ⇆2HI(g) è messo in un contenitore, ci sarà una reazione, ma nel senso opposto, fino al raggiungimento dell'equilibrio. È da notare che l'equilibrio può essere raggiunto spontaneamente da entrambe le direzioni di reazione.

Si può arrivare a dire che conoscere l'entalpia di un processo non è sufficiente per stabilirne la spontaneità. Se la cessione dell'energia è l'unico fattore che determina se una reazione è spontanea, ogni processo esotermico dovrebbe essere accompagnato da un cambiamento non spontaneo nell'ambiente. È necessario guardare oltre la prima legge della termodinamica per determinare se un processo è spontaneo o no.

SPONTANEITÀ E ENTROPIA